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钾电负极用沥青基软碳的制备、结构调控及储能机理研究的开题报告
一、研究背景和意义
随着全球经济的快速发展，新能源领域的需求日益增长。其中，电化学储能器件是重要组成部分之一。钾离子电池作为新型次发电池，因其高能量密度、低成本、环保等优势引起了广泛的关注。
钾电池的电极材料优化是提高电池性能的关键之一。传统的钾电池电极材料主要包括金属钾、钾钛合金及钾离子插层材料。然而，这些材料存在其各自的缺陷。金属钾的存储和运输成本高，钾钛合金的循环性能不佳，而钾离子插层材料在高速充放电循环中易产生结构塌陷导致循环寿命缩短。
沥青基软碳作为一种结构可控、表面可调、硫、氮等杂质含量较低的材料，具有良好的储锂储钾性能。相较于传统的氯化石墨，沥青基软碳更加环保安全，是一种很有潜力的钾离子电池电极材料。
因此，本研究提出了用沥青基软碳作为钾电池电极材料的想法。通过对沥青基软碳的制备、结构调控和储能机理的研究，可以为钾电池电极材料的开发提供新思路和新方法，同时有利于提高钾离子电池的能量密度、循环性能和安全性。
二、研究内容和方法
1.沥青基软碳的制备
采用自然石油沥青作为前驱体，将其通过化学还原的方法制备成沥青基软碳。具体方法如下：将石油沥青溶于N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液中，再加入钠钾合金作为还原剂，在氮气保护下加热反应得到沥青基软碳。
2.沥青基软碳的结构调控
结合X射线光电子能谱（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等表征手段，探究沥青基软碳的化学组成、微观结构、孔隙结构等变化规律，寻找制备条件对沥青基软碳结构的调控方法。
3.储能机理研究
采用循环伏安（CV）、恒电流充放电和原位差热分析（DSC）等电化学测试手段，研究沥青基软碳的储钾性能和其储钾机理。
三、预期结果和意义
1.制备出储钾性能优异、结构可控的沥青基软碳材料。
2.发现制备过程中不同条件对沥青基软碳结构的影响规律。
3.揭示沥青基软碳的储钾机理，为其改进和应用提供理论支持。
4.研究成果可为钾离子电池电极材料的开发提供新思路和新方法，提高电池性能，满足储能市场的需求。
四、研究进度安排
第一年：
1.石油沥青的采集、精制和性质表征；
2.沥青基软碳的制备工艺的选择和优化；
3.沥青基软碳的结构表征及其工艺条件的调控。
第二年：
1.沥青基软碳的电化学性质表征；
2.沥青基软碳作为钾电池负极的储钾性能及其机理探究。
第三年：
1.探究沥青基软碳的导电机理；
2.总结与分析研究结果，撰写论文。
五、研究组成员
本研究组由3名硕士研究生和1名博士生组成。其中，负责沥青基软碳制备和结构调控的任务由两位硕士研究生承担，负责储钾性能及其机理探究的任务由一名硕士研究生承担，研究组的指导老师将协同指导并提供技术支持。